TWI569016B - 光捕捉癌細胞期別鑑定方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種光捕捉〔light-trapping〕癌細胞期別〔stage〕鑑定方法；特別是關於一種雷射光束捕捉癌細胞之病理期別鑑定方法；更特別是關於一種光鑷夾〔optical tweezer〕捕捉癌細胞之病理期別鑑定方法；更特別是關於一種光纖〔fiber〕光鑷夾捕捉人類癌細胞期別鑑定方法；更特別是關於一種雷射光纖光鑷夾捕捉人類癌細胞期別鑑定方法。
舉例而言，有關習用光纖透鏡〔光纖微透鏡〕製造方法，例如：中華民國專利公告第I241421號之〝製造雙曲線形式光纖透鏡之方法〞發明專利，其揭示一種製造雙曲線形式光纖透鏡之方法。該光纖透鏡製造方法包括以下步驟：〔a〕剝除一光纖之一預定長度之披附層，以形成一裸露部分；〔b〕清洗該裸露部分；〔c〕固定該待加工光纖於一光纖固定座內；〔d〕提供一容器，其包含一氫氟酸層、一機油層及一中間混合層；〔e〕將該光纖之裸露部分伸入該氫氟酸層，以進行蝕刻而形成一錐角；〔f〕利用兩電弧熔燒該錐角；及〔g〕調整該兩電弧與該錐角之相對位置，利用兩電弧放電形成的不均勻溫度場，以得到雙曲線形式之光纖透鏡及所設定之曲率半徑，提高光纖之耦光效率。
然而，前述第I241421號僅揭示光纖透鏡製造方法及其適用於大量生產之技術而已。另外，該光纖透鏡
製造方法亦僅揭示如何將該光纖透鏡與雷射光場形成完美匹配，且利用調整該兩電弧與該光纖透鏡之錐角之相對位置，以獲得該光纖透鏡之最佳曲率半徑，對其耦光效率具有決定性影響之技術而已。
另一習用光纖光學鑷夾〔光纖光鑷夾〕製造方法，例如：中華民國專利公告第I474061號之〝光纖光學鑷夾之製程〞發明專利，其揭示一種光學鑷夾製造方法。該光學鑷夾製造方法包括下列步驟：〔a〕剝除：剪裁適當長度之一光纖，並剝除該光纖之一披覆層〔coating〕而漏出一裸光纖，其包含一纖衣層〔cladding〕及一纖芯層〔core〕；〔b〕清潔：將光纖清洗潔淨；〔c〕切割：將該裸光纖之端面切割平整化；〔d〕蝕刻：將該光纖予以固定，於一容器內加入一氧化物緩衝蝕刻液〔buffered oxide etch，BOE〕，再將固定之該光纖對應該容器設置，將待加工之該光纖之末端浸入該氧化物緩衝蝕刻液進行蝕刻，光纖之末端即可形成一錐形狀，以製成光纖微透鏡或透鏡化光纖〔fiber microlens〕；亦可選擇進一步將該錐形狀之光纖末端利用兩端電弧裝置進行融燒，使其形成一半球形之光纖微透鏡。
另外，前述第I474061號利用該光纖光學鑷夾之半球形透鏡化光纖達成於整體製作上更為簡便，且能降低其製作成本之功效，並在生物醫學應用領域上其操作利用光或光能以非接觸式進行捕捉微小物體，且其具有高捕捉效率及低捕捉功率。
然而，前述第I474061號僅揭示光纖光學鑷夾適用於非接觸式捕捉微小物體。此外，該光纖光學鑷夾適用於非接觸式捕捉微小物體亦必然存在提供使用於其它生物醫學的未來應用〔例如：細胞鑑定的應用〕上的潛在需求。前述中華民國專利公告第I241421號及第I474061號之
發明專利僅為本發明技術背景之參考及說明目前技術發展狀態而已，其並非用以限制本發明之範圍。
有鑑於此，本發明為了滿足上述需求，其提供一種光捕捉癌細胞期別鑑定方法，其利用一光纖光鑷夾測量一第一癌細胞〔已知種類及期別癌細胞〕平均逃脫速度〔或速度範圍〕及一第二癌細胞〔已知種類及期別癌細胞〕平均逃脫速度〔或速度範圍〕，再利用該第一癌細胞平均逃脫速度及第二癌細胞平均逃脫速度統計計算一逃脫速度比值〔或比值範圍〕，且可選擇建立一癌細胞期別鑑定標準資料庫，再利用該逃脫速度比值〔或比值範圍〕與一待鑑定癌細胞〔已知種類但未知期別癌細胞〕逃脫速度進行比對，如此依該待鑑定癌細胞逃脫速度之比對結果判定一癌細胞期別，以擴大習用光纖光學鑷夾的進一步應用範圍。
本發明較佳實施例之主要目的係提供一種光捕捉癌細胞期別鑑定方法，其利用一光纖光鑷夾測量一第一癌細胞〔已知種類及期別癌細胞〕平均逃脫速度〔或速度範圍〕及一第二癌細胞〔已知種類及期別癌細胞〕平均逃脫速度〔或速度範圍〕，再利用該第一癌細胞平均逃脫速度及第二癌細胞平均逃脫速度統計計算一逃脫速度比值〔或比值範圍〕，且可選擇建立一癌細胞期別鑑定標準資料庫，再利用該逃脫速度比值〔或比值範圍〕與一待鑑定癌細胞〔已知種類但未知期別癌細胞〕逃脫速度進行比對，如此依該待鑑定癌細胞逃脫速度之比對結果判定一癌細胞期別，以達成準確鑑定癌細胞期別之目的。
為了達成上述目的，本發明較佳實施例之光捕捉癌細胞期別鑑定方法包含：利用一光纖光鑷夾測量一第一期別癌細胞
〔已知種類及期別癌細胞〕平均逃脫速度〔或速度範圍〕及一第二期別癌細胞〔已知種類及期別癌細胞〕平均逃脫速度〔或速度範圍〕；再利用該第一期別癌細胞平均逃脫速度及第二期別癌細胞平均逃脫速度計算〔或統計計算〕一逃脫速度比值〔或比值範圍〕；選擇一待鑑定癌細胞〔已知種類但未知期別癌細胞〕，並利用該光纖光鑷夾測量一待鑑定癌細胞逃脫速度；利用該逃脫速度比值〔或比值範圍〕與待鑑定癌細胞逃脫速度進行比對；及依該待鑑定癌細胞逃脫速度之比對結果判定一癌細胞期別。
本發明較佳實施例選定各種癌細胞作為參考期別。
本發明較佳實施例建立光捕捉檢驗法所需之癌細胞期別鑑定標準資料庫。
本發明較佳實施例之該第一癌細胞平均逃脫速度及第二癌細胞平均逃脫速度為一捕捉後最大逃脫速度。
本發明較佳實施例之該第一癌細胞平均逃脫速度及第二癌細胞平均逃脫速度包含一病理第一期逃脫速度、一病理第二期逃脫速度、一病理第三期逃脫速度及一病理第四期逃脫速度。
本發明較佳實施例之該逃脫速度比值為一逃脫速度比值範圍或一逃脫速度比值區間。
本發明較佳實施例之該待鑑定癌細胞逃脫速度選自一最大癌細胞逃脫速度或一最小癌細胞逃脫速度。
本發明較佳實施例之該待鑑定癌細胞逃脫速
度選自測量五次逃脫速度，並計算其平均之結果。
本發明較佳實施例之該待鑑定癌細胞選自一人類膀胱癌細胞及其各期癌細胞。
本發明較佳實施例之該待鑑定癌細胞選自一人類大腸癌細胞及其各期癌細胞。
本發明較佳實施例之該光纖光鑷夾為一雷射光纖光鑷夾。
本發明較佳實施例之該光纖光鑷夾具有一捕捉傾角或一工作傾角〔working distance〕，且該捕捉傾角或工作傾角為50°。
本發明較佳實施例之該光纖光鑷夾具有一單模光纖或一單模光纖微透鏡。
1‧‧‧電腦系統
2‧‧‧顯微鏡裝置
3‧‧‧雷射光源裝置
31‧‧‧光纖耦光器
32‧‧‧光纖微透鏡
5‧‧‧工作平台
51‧‧‧待鑑定癌細胞培養容器
9‧‧‧癌細胞
第1圖：本發明較佳實施例之光捕捉癌細胞期別鑑定方法採用光鑷夾操作系統之架構示意圖。
第2圖：本發明較佳實施例之光捕捉癌細胞期別鑑定方法之流程示意圖。
第2A圖：本發明較佳實施例之光捕捉癌細胞期別鑑定標準資料庫建置之流程示意圖。
第2B圖：本發明較佳實施例執行光捕捉癌細胞期別鑑定方法之流程示意圖。
第3圖：本發明較佳實施例之光捕捉癌細胞期別鑑定方法在開始進行捕捉癌細胞時，光束與癌細胞相互作用機制之示意圖。
第4圖：本發明較佳實施例之光捕捉癌細胞期別鑑定方法已完成捕捉癌細胞時，光束與癌細胞相互作用機制之示意圖。
第5圖：本發明較佳實施例之光捕捉癌細胞期別鑑定方
法用於量測膀胱癌第二期細胞〔TSGH-8301〕及第三期細胞〔T24〕之顯微影像示意圖。
第6圖：本發明較佳實施例之光捕捉癌細胞期別鑑定方法在量測膀胱癌第二期細胞〔TSGH-8301〕及第三期細胞〔T24〕後，獲得其逃脫速度與細胞大小關係之示意圖。
第7圖：本發明較佳實施例之光捕捉癌細胞期別鑑定方法用於量測大腸癌第二期細胞〔SW480〕及第三期細胞〔SW620〕之顯微影像示意圖。
第8圖：本發明較佳實施例之光捕捉癌細胞期別鑑定方法在量測測大腸癌第二期細胞〔SW480〕及第三期細胞〔SW620〕後，獲得其逃脫速度與細胞大小關係之示意圖。
為了充分瞭解本發明，於下文將舉例較佳實施例並配合所附圖式作詳細說明，且其並非用以限定本發明。
首先，本發明採用癌症分期定義係屬癌症侵犯及擴散的程度。一般而言，大部分的癌症皆依據美國癌症聯合委員會〔AJCC〕及全世界抗癌聯盟〔UICC〕所整合的TNM系統進行參考及分期。其中T係為腫瘤大小或腫瘤擴散至其周圍組織的程度。N係為是否發生淋巴腺轉移，而M係為是否發生遠處轉移。
一般而言，在癌症分期定義上依據TNM系統不同的組合大約可分為四期。在癌症分期上，當腫瘤越大或侵犯的程度越廣，或淋巴腺轉移越多時，其判定的期數就越高。另外，當癌細胞轉移至遠處器官時，通常認定為癌症末期〔即第四期〕。癌症分期的目的係在提供可選擇的最適當的治療方式之參考依據，並提供評估預後〔復原或痊癒的機會〕之參考依據，及決定治療後的追蹤與檢查
之參考依據。
承上，本發明較佳實施例之光捕捉癌細胞期別鑑定方法可適用於鑑定各種人類癌細胞之各種期別，例如：包含大腸癌細胞、膀胱癌細胞或其它癌細胞，但其並非用以限定本發明之應用範圍；再者，本發明較佳實施例之光捕捉癌細胞期別鑑定方法可採用各種適合波長範圍的光，例如：各種波長的雷射光〔紅外光雷射、紅光雷射、綠光雷射、藍光雷射或紫光雷射等〕，但其並非用以限定本發明之適用範圍。
本發明較佳實施例之光捕捉癌細胞期別鑑定方法選擇預先設定光纖光鑷夾系統參數。其利用一光纖光鑷夾測量若干已知種類及期別癌細胞之逃脫速度與其直徑。其利用統計數學方法計算各已知種類及期別癌細胞之平均逃脫速度及逃脫速度範圍，並選定各種癌細胞參考期別。再利用計算各已知種類及期別癌細胞逃脫速度比值與捕捉效率比值之平均值與範圍，以此建立光捕捉檢驗法所需之癌細胞期別鑑定標準資料庫。再利用相同光纖光鑷夾系統參數與實驗方法測量一待鑑定〔已知種類未知期別〕癌細胞之逃脫速度與其直徑，並計算得到其逃脫速度比值與捕捉效率比值之平均值。將該待鑑定癌細胞逃脫速度比值與捕捉效率比值與標準資料庫之同一種類癌細胞之數值進行比對，如此依該待鑑定癌細胞逃脫速度比值與捕捉效率比值之比對結果判定一癌細胞期別。
第1圖揭示本發明較佳實施例之光捕捉癌細胞期別鑑定方法採用光鑷夾操作系統之架構示意圖。請參照第1圖所示，舉例而言，在構造上本發明較佳實施例採用光鑷夾操作系統包含一電腦系統1、一顯微鏡裝置2、一雷射光源裝置3及一工作平台5，其選擇適當相互連接組裝或對應配置，以形成該光鑷夾操作系統。
請再參照第1圖所示，舉例而言，該電腦系統1選擇包含一電腦主機〔computer device〕及一顯示螢幕裝置〔display device〕或其它周邊設備〔peripheral〕，而該電腦系統1適當配置於一預定位置，且該電腦系統1之電腦主機連接至該顯微鏡裝置2。另外，該電腦系統1亦選擇連接至該雷射光源裝置3或工作平台5。
請再參照第1圖所示，舉例而言，該顯微鏡裝置2選擇包含一CCD元件〔Charge Coupled Device〕及一顯微鏡或其它功能裝置〔例如：固定裝置〕，且該CCD裝置組合於該顯微鏡上，以便利用該CCD裝置經由該顯微鏡攝取至少一顯微影像或一系列顯微影像。在組裝操作時，該顯微鏡裝置2對應於該工作平台5上，以便在該工作平台5上方區域進行攝取作業影像。
請再參照第1圖所示，舉例而言，該雷射光源裝置3選自一980nm雷射光源裝置，且該雷射光源裝置3選擇包含一雷射光源〔laser source〕、一光纖耦光器〔fiber coupling device〕31及一光纖微透鏡32，而該雷射光源經由該光纖耦光器31連接至該光纖微透鏡32，且利用該光纖微透鏡32適當射出一雷射光束〔laser beam〕，以便形成一光纖光鑷夾。在癌細胞期別鑑定上，該光纖光鑷夾適用於執行光捕捉癌細胞作業。
請再參照第1圖所示，舉例而言，該工作平台〔operational platform〕5選自一X-Y軸電控平台或其它自動電控桌面，以便選擇利用自動或電控方式操作該工作平台5。在該工作平台5上擺放一待鑑定癌細胞培養容器51或具類似功能之裝置，且利用該工作平台5進行適當調整操作其角度。
第2圖揭示本發明較佳實施例之光捕捉癌細胞期別鑑定方法之流程示意圖。請參照第1及2圖所示，舉
例而言，本發明較佳實施例之光捕捉癌細胞期別鑑定方法包含第一步驟S1：首先，利用該光鑷夾操作系統或光纖光鑷夾選擇測量一第一癌細胞〔例如：第二期癌細胞或其它同期癌細胞〕之一第一癌細胞平均逃脫速度或其範圍及一第二癌細胞〔例如：第三期癌細胞或其它同期癌細胞〕之一第二癌細胞平均逃脫速度或其範圍，而該第一癌細胞與第二癌細胞為已知種類，且該第一癌細胞與第二癌細胞之癌細胞期別不相同。本發明另一較佳實施例建立光捕捉檢驗法所需之癌細胞期別鑑定標準資料庫，以儲存已知該第一癌細胞平均逃脫速度或其範圍及第二癌細胞平均逃脫速度或其範圍，亦可用以儲存已知期別癌細胞直徑。該已知期別癌細胞平均逃脫速度介於一最大癌細胞平均逃脫速度與一最小癌細胞平均逃脫速度之間。
請再參照第1及2圖所示，舉例而言，該第一癌細胞平均逃脫速度及第二癌細胞平均逃脫速度為一捕捉後最大逃脫速度。該第一癌細胞平均逃脫速度及第二癌細胞平均逃脫速度包含一病理第一期逃脫速度、一病理第二期逃脫速度、一病理第三期逃脫速度及一病理第四期逃脫速度。另外，癌細胞選自膀胱癌第二期〔TSGH-8301〕、第三期〔T24〕、大腸癌第二期〔SW480〕、第三期〔SW620〕或其它人類癌細胞。
請再參照第1及2圖所示，舉例而言，本發明較佳實施例之光捕捉癌細胞期別鑑定方法包含第二步驟S2：接著，再利用該第一期別癌細胞平均逃脫速度及第二期別癌細胞平均逃脫速度可選擇以自動或其它方式計算一逃脫速度比值v r 〔或比值範圍〕，且選擇適當數學式進行統計計算。該逃脫速度比值v r 為一逃脫速度比值範圍或一逃脫速度比值區間。利用不同已知期別癌細胞之平均逃脫速度 v 與逃脫速度範圍可選擇以自動或其它方式計算各期
別癌細胞逃脫速度比值v r 之平均值與範圍。本發明另一較佳實施例採用癌細胞期別鑑定標準資料庫，其用以儲存該逃脫速度比值v r 、逃脫速度比值範圍或逃脫速度比值區間。
請再參照第1及2圖所示，舉例而言，本發明較佳實施例之光捕捉癌細胞期別鑑定方法包含第三步驟S3：接著，選擇一待鑑定癌細胞〔或待測癌細胞〕，並利用該光纖光鑷夾可選擇以自動或其它方式測量一待鑑定癌細胞逃脫速度，且該待鑑定癌細胞為已知種類但未知期別。該待鑑定癌細胞逃脫速度選自一最大癌細胞逃脫速度或一最小癌細胞逃脫速度。
請再參照第1及2圖所示，舉例而言，本發明較佳實施例之光捕捉癌細胞期別鑑定方法包含第四步驟S4：接著，利用該逃脫速度比值v r 與待鑑定癌細胞逃脫速度可選擇以自動或其它方式進行比對。在癌細胞期別鑑定比對上，本發明較佳實施例之光捕捉癌細胞期別鑑定方法及其建置癌細胞期別鑑定標準資料庫可選擇採用各種癌細胞期別的數學式或公式，並選擇一種數學式舉例說明於下文。
舉例而言，本發明較佳實施例之光捕捉癌細胞期別鑑定方法採用該逃脫速度比值v r 為：
其中 v 1 為已知期別癌細胞之逃脫速度， v 2 為參考期別癌細胞之平均逃脫速度。已知期別癌細胞之逃脫速度比值 v r
範圍為：。
請再參照第1及2圖所示，舉例而言，本發明較佳實施例之光捕捉癌細胞期別鑑定方法包含第五步驟
S5：最後，依該待鑑定癌細胞逃脫速度之比對結果可選擇以自動或其它方式判定一癌細胞期別。
舉例而言，本發明較佳實施例之光捕捉癌細胞期別鑑定方法在判定上可選擇將待測癌細胞之最大值v 1(max) 及最小值v 1(min) 與v 2 進行比較，即可獲得該逃脫速度比值v r 之一預定範圍或區間。因此，若該待測癌細胞之v r 值位於該預定範圍或區間內，即可判定為第幾期癌細胞。
第2A圖揭示本發明較佳實施例之光捕捉癌細胞期別鑑定標準資料庫之建置流程示意圖。請參照第2A圖所示，舉例而言，本發明較佳實施例之光捕捉癌細胞期別鑑定標準資料庫之建置包含：設定光鑷夾系統參數；選擇已知種類及期別癌細胞若干；量測各細胞之逃脫速度若干次與其直徑；計算各細胞逃脫速度平均值；建立各種各期癌細胞直徑、平均逃脫速度及逃脫速度範圍資料庫；選定各種癌細胞參考期別；計算各種各期癌細胞逃脫速度比值之平均值與範圍；計算各種各期癌細胞捕捉效率比值之平均值與範圍；完成光捕捉癌細胞期別鑑定標準資料庫之建置。
第2B圖揭示本發明較佳實施例之光捕捉癌細胞期別鑑定方法之流程示意圖。請參照第2B圖所示，舉例而言，本發明較佳實施例之光捕捉癌細胞期別鑑定方法包含：依據標準資料庫設定光鑷夾系統參數，且依據標準資料庫設定相同實驗參數；選擇已知種類未知期別〔同期/同一病人〕癌細胞若干；量測各待測細胞之逃脫速度若干次與其直徑。依據標準資料庫設定相同實驗次數；計算各待測細胞逃脫速度平均值；計算各待測癌細胞直徑、平均逃脫速度及逃脫速度範圍資料庫；計算各種待測癌細胞逃脫速度比值之平均值與範圍；計算各種待測癌細胞捕捉效率比值之平均值與範圍；依據已建置之標準資料庫進行比
對，完成各待測癌細胞期別鑑定。
請再參照第1及2A圖所示，舉例而言，本發明較佳實施例之光捕捉癌細胞期別鑑定標準資料庫之建置包含：利用不同已知期別癌細胞之直徑 r 、平均逃脫速度 v 與逃脫速度範圍可選擇以自動或其它方式計算各期別癌細胞捕捉效率比值Q r 之平均值與範圍。該捕捉效率比值範圍為一捕捉效率比值範圍或一捕捉效率比值區間。在癌細胞期別鑑定標準資料庫之建置上，本發明較佳實施例之光捕捉癌細胞期別鑑定方法可選擇採用各種癌細胞期別的數學式或公式，並選擇一種數學式舉例說明於下文。
舉例而言，本發明較佳實施例之光捕捉癌細胞期別鑑定方法採用該捕捉效率比值 Q r 為：
其中 r 1 為已知期別癌細胞之平均直徑， r 2 為參考期別癌細胞之平均直徑， v 1 為已知期別癌細胞之逃脫速度， v 2 為參考期別癌細胞之平均逃脫速度。定義一已知期別癌細胞
之捕捉效率比值 Q r 範圍：
請再參照第1及2B圖所示，舉例而言，本發明較佳實施例之光捕捉癌細胞期別鑑定方法包含：接著，選擇一待鑑定癌細胞〔或待測癌細胞〕，並利用該光纖光鑷夾可選擇以自動或其它方式測量該待鑑定癌細胞逃脫速度若干次，並利用該光鑷夾操作系統測量該細胞之直徑。
請再參照第1及2B圖所示，舉例而言，本發明較佳實施例之光捕捉癌細胞期別鑑定方法包含：接著，利用待鑑定癌細胞之若干次測量所得之逃脫速度統計計算待鑑定癌細胞之一逃脫速度平均值。該逃脫速度平均值為
一逃脫速度或一逃脫速度平均值。該待鑑定癌細胞平均逃脫速度介於一最大癌細胞平均逃脫速度與一最小癌細胞平均逃脫速度之間。
請再參照第1及2B圖所示，舉例而言，本發明較佳實施例之光捕捉癌細胞期別鑑定方法包含：接著，利用待鑑定癌細胞之逃脫速度平均值計算該待鑑定癌細胞之直徑、平均逃脫速度及逃脫速度範圍。該逃脫速度範圍為一逃脫速度範圍或一逃脫速度區間。
請再參照第1及2B圖所示，舉例而言，本發明較佳實施例之光捕捉癌細胞期別鑑定方法包含：接著，利用待鑑定癌細胞之平均逃脫速度 v 與逃脫速度範圍計算待鑑定癌細胞逃脫速度比值v x 之平均值與範圍。該逃脫速度比值範圍為一逃脫速度比值範圍或一逃脫速度比值區間。在癌細胞期別鑑定方式上，本發明較佳實施例之光捕捉癌細胞期別鑑定方法可選擇採用一種數學式舉例說明於下文。
舉例而言，本發明較佳實施例之光捕捉癌細胞期別鑑定方法採用該逃脫速度比值v x 為：
其中 v 3 為待鑑定癌細胞之逃脫速度， v 2 為參考期別癌細胞之平均逃脫速度。
請再參照第1及2B圖所示，舉例而言，本發明較佳實施例之光捕捉癌細胞期別鑑定方法包含：接著，利用待鑑定癌細胞之直徑 r 、平均逃脫速度 v 與逃脫速度範圍計算待鑑定癌細胞捕捉效率比值Q x 之平均值與範圍。該捕捉效率比值範圍為一捕捉效率比值範圍或一捕捉效率比值區間。在癌細胞期別鑑定方法上，本發明較佳實施例之
光捕捉癌細胞期別鑑定方法選擇一種數學式舉例說明於下文。
舉例而言，本發明較佳實施例之光捕捉癌細胞期別鑑定方法採用該捕捉效率比值 Q x 為：
其中 r 3 為待鑑定癌細胞之平均直徑， r 2 為參考期別癌細胞之平均直徑， v 3 為待鑑定癌細胞之逃脫速度， v 2 為參考期別癌細胞之平均逃脫速度。
請再參照第1及2圖所示，舉例而言，本發明較佳實施例之光捕捉癌細胞期別鑑定方法包含：最後，依該待鑑定癌細胞之逃脫速度比值與捕捉效率比值之比對結果可選擇以自動或其它方式判定一癌細胞期別。
請再參照第1及2圖所示，舉例而言，若同一光纖之輸出光功率增加時，則被捕捉物所需的逃脫速度亦也會跟著上升。因此，當輸出光功率固定時，每一期別之癌細胞皆有其對應逃脫速度之範圍，如此可達成癌細胞分期之檢驗。一般而言，在相同光捕捉功率的條件下，同種類及期別但不同直徑大小的癌細胞之逃脫速度相較不明顯；而在不同期別的癌細胞間，其逃脫速度相差則相對明顯。至於癌細胞的逃脫速度，依細胞化學組成不同而其各種光學特性〔折射、反射、透射、吸收〕皆不相同，因而進一步造成其逃脫速度不相同的結果。
一般而言，單光束光鑷夾的捕捉原理可用幾何光學〔ray optics〕進行說明。當光傳播經過不同折射率的介質時，會因光速的差異，使光行進的方向產生彎折，並產生光折射〔refraction〕現象及光動量〔momentum〕變化。光鑷夾原理為利用光折射原理或機制及光動量變化對
微粒子〔透明且微小的物體〕進行光學捕捉。即雷射光線〔光場〕接近或進入所欲捕捉的微粒子時，光線在該微粒子內產生折射現象，並造成光動量的改變而產生捕捉住該微粒子的現象。若遇上不透明的微粒子，需要採用雙光束光鑷夾進行捕捉，其捕捉原理採用幅射壓或光壓〔radiation pressure〕理論進行說明。
第3圖揭示本發明較佳實施例之光捕捉癌細胞期別鑑定方法在開始進行捕捉癌細胞時，光束與癌細胞相互作用機制之示意圖。請參照第1及3圖所示，舉例而言，本發明較佳實施例之光捕捉癌細胞期別鑑定方法利用該光纖微透鏡32之光束開始進行捕捉一癌細胞9。該光纖光鑷夾為一雷射光纖光鑷夾〔例如：980nm雷射光纖光鑷夾〕。該光纖光鑷夾具有一捕捉傾角或一工作傾角，且該捕捉傾角或工作傾角為50°或其它適當角度。該光纖光鑷夾具有一單模光纖或其它適當光纖，且該光纖經加工製成光纖微透鏡。
請再參照第3圖所示，當通過光纖微透鏡的光束〔雷射光束〕入射至該癌細胞9之表面時，若其未受偏折則穿透光應行進直線路徑〔兩條對稱虛線所示〕，但因癌細胞的折射係數〔refractive index〕與周圍環境不同，入射光進入癌細胞受到偏折〔兩條對稱實線所示，即折射光〕，由該癌細胞9之內部物質由兩側方向向內〔向該光纖微透鏡32之縱軸〕偏折，如同該癌細胞內部物質施加作用力F1〔兩支對稱向內箭頭所示〕於穿透光，使其偏離原虛線所示路徑，即其折射光與原入射光相較之下產生之光動量變化。
第4圖揭示本發明較佳實施例之光捕捉癌細胞期別鑑定方法已完成捕捉癌細胞時，光束與癌細胞相互作用機制之示意圖。請參照第3及4圖所示，由該癌細胞9
之內部物質施加作用力F1〔第3圖之兩支對稱向內箭頭所示〕於折射光，依牛頓第三運動定律，該折射光亦產生一大小相同但方向相反之作用力F2〔第4圖之兩支對稱向外箭頭所示〕，即光子〔折射光〕亦同時施加反作用力F2於該癌細胞9，如此該癌細胞9受反作用力F2之垂直向量的總和〔第4圖之垂直向上箭頭所示〕而可沿著該光纖微透鏡32之縱軸產生適當運動。最後，當入射該光纖微透鏡32之〔雷射〕光束經過該微透鏡被聚焦後，將產生一個穩定的光學位能井〔optical potential well〕，並在其焦點處形成作用力平衡點〔合力為零的位置〕，且形成捕捉限制該癌細胞9。此時，一旦將該光鑷夾之光纖微透鏡32進行移動時，該癌細胞9亦隨著產生移動，即可利用該光纖微透鏡32之光束操控該癌細胞9之運動。
第5圖揭示本發明較佳實施例之光捕捉癌細胞期別鑑定方法用於量測膀胱癌第二期細胞〔TSGH-8301〕及第三期細胞〔T24〕之顯微影像示意圖。在正常條件下，癌細胞處於附著狀態〔如第6圖之左半部兩子圖所示〕，但經分離技術處理後，癌細胞也可處於懸浮狀態〔如第6圖之右半部兩子圖所示〕。本發明選擇量測處於懸浮狀態之人類膀胱癌第二期細胞〔TSGH-8301〕及第三期細胞〔T24〕時，採用DMEM培養基及雷射光功率2.5mW，並選擇單一種光纖、兩種直徑及兩種錐角進行量測。表1及2顯示人類膀胱癌第二期細胞〔TSGH-8301〕及第三期細胞〔T24〕之細胞直徑與其對應之逃脫速度平均值v之關係，且每筆逃脫速度平均值v為測量同一細胞五次逃脫速度後之平均值。
表1：人類膀胱癌第二期細胞〔TSGH-8301〕之細胞直徑及逃脫速度平均值v
第6圖揭示本發明較佳實施例之光捕捉癌細胞期別鑑定方法在量測膀胱癌第二期細胞〔TSGH-8301〕〔如第6圖之上半部所示〕及第三期細胞〔T24〕〔如第6
圖之下半部所示〕後，獲得其逃脫速度〔含逃脫速度平均值、最大值、及最小值〕與細胞大小關係之示意圖。請參照第6圖所示，由實驗數據可以發現，不同期別癌細胞之最大逃脫速度有明顯的區隔，且同一期別癌細胞之最大逃脫速度差距不大。藉此，測量待測癌細胞最大逃脫速度〔逃脫速度平均值〕v 1 ，並與第三期癌細胞之平均最大逃脫速度v 2 相除，可獲得該逃脫速度比值v r 。該平均逃脫速度v 2 係由所有同期別癌細胞之逃脫速度平均值求取平均值。
請再參照第6圖所示，在計算逃脫速度比值後，獲得第二期膀胱癌之逃脫速度比值v r 之範圍為1.46≦v r ≦1.62，亦獲得第三期膀胱癌之逃脫速度比值v r 之範圍為0.93≦v r ≦1.06。藉此，利用光纖光鑷夾測量該待測癌細胞之逃脫速度v 3 ，並與第三期癌細胞之逃脫速度之平均值v 2 相比，可獲得該逃脫速度比值v x 。若該待測癌細胞之逃脫速度比值v x 位於上述兩個v r 範圍內時，即可判定為第二期膀胱癌細胞或第三期膀胱癌細胞。
第7圖揭示本發明較佳實施例之光捕捉癌細胞期別鑑定方法用於量測大腸癌第二期細胞〔SW480〕及第三期細胞〔SW620〕之顯微影像示意圖，其對應於第5圖之顯微影像。本發明選擇量測處於懸浮狀態之人類大腸癌第二期細胞〔SW480〕及第三期細胞〔SW620〕時〔如表3及4之內容所示〕或其它癌症之各種病理期別細胞〔例如第4期〕，直接選擇採用L15培養基及雷射光功率2.5mW，並選擇單一種光纖、單一種直徑及單一種錐角進行量測。表3及4顯示人類大腸癌第二期細胞〔SW480〕及第三期細胞〔SW620〕之細胞直徑與逃脫速度平均值v之關係，且每筆逃脫速度平均值v為測量同一細胞五次逃脫速度後之平均值。
表3：人類大腸癌第二期細胞〔SW480〕之細
第8圖揭示本發明較佳實施例之光捕捉癌細胞期別鑑定方法在量測測大腸癌第二期細胞〔SW480〕〔如第8圖之上半部所示〕及第三期細胞〔SW620〕〔如第8圖之下半部所示〕後，獲得其逃脫速度與細胞大小關係之示意圖，其對應於第6圖之統計圖。在計算逃脫速度比值後，獲得第二期大腸癌之逃脫速度比值v r 之範圍為1.46≦v r ≦1.63，亦獲得第三期大腸癌之逃脫速度比值v r 之範圍為0.95≦v r ≦1.06。藉此，利用光纖光鑷夾測量該
待測癌細胞之逃脫速度v 3 ，並與第三期癌細胞之逃脫速度之平均值v 2 相比，可獲得該逃脫速度比值v x 。若該待測癌細胞之逃脫速度比值v x 位於上述兩個v r 範圍內時，即可判定為第二期大腸癌細胞或第三期大腸癌細胞。
上述實驗數據為在特定條件之下所獲得的初步實驗結果，其僅用以易於瞭解或參考本發明之技術內容而已，其尚需進行其他相關實驗。該實驗數據及其結果並非用以限制本發明之權利範圍。
前述較佳實施例僅舉例說明本發明及其技術特徵，該實施例之技術仍可適當進行各種實質等效修飾及/或替換方式予以實施；因此，本發明之權利範圍須視後附申請專利範圍所界定之範圍為準。本案著作權限制使用於中華民國專利申請用途。
S1‧‧‧第一步驟
S2‧‧‧第二步驟
S3‧‧‧第三步驟
S4‧‧‧第四步驟
S5‧‧‧第五步驟
Claims (10)
- 一種光捕捉癌細胞期別鑑定方法，其包含：測量一第一癌細胞之一第一癌細胞平均逃脫速度或其範圍及一第二癌細胞之一第二癌細胞平均逃脫速度或其範圍，而該第一癌細胞與第二癌細胞為已知種類，且該第一癌細胞與第二癌細胞之癌細胞期別不相同；再利用該第一癌細胞平均逃脫速度及第二癌細胞平均逃脫速度計算一逃脫速度比值或其範圍；選擇一待鑑定癌細胞，並測量該待鑑定癌細胞逃脫速度，且該待鑑定癌細胞為已知種類但未知期別；利用該逃脫速度比值或其範圍與待鑑定癌細胞逃脫速度進行比對；及依該待鑑定癌細胞逃脫速度之比對結果判定一癌細胞期別。
- 依申請專利範圍第1項所述之光捕捉癌細胞期別鑑定方法，其中該第一癌細胞平均逃脫速度及第二癌細胞平均逃脫速度為一捕捉後最大逃脫速度。
- 依申請專利範圍第1項所述之光捕捉癌細胞期別鑑定方法，其中該第一癌細胞平均逃脫速度及第二癌細胞平均逃脫速度包含一病理第一期逃脫速度、一病理第二期逃脫速度、一病理第三期逃脫速度及一病理第四期逃脫速度。
- 依申請專利範圍第1項所述之光捕捉癌細胞期別鑑定方法，其中該逃脫速度比值為一逃脫速度比值範圍或一逃脫速度比值區間。
- 依申請專利範圍第1項所述之光捕捉癌細胞期別鑑定方法，其中該待鑑定癌細胞逃脫速度選自一最大癌細胞逃脫速度或一最小癌細胞逃脫速度。
- 依申請專利範圍第1項所述之光捕捉癌細胞期別鑑定方法，其中該待鑑定癌細胞選自一人類膀胱癌細胞。
- 依申請專利範圍第1項所述之光捕捉癌細胞期別鑑定 方法，其中該待鑑定癌細胞選自一人類大腸癌細胞。
- 依申請專利範圍第1項所述之光捕捉癌細胞期別鑑定方法，其中利用一光纖光鑷夾或一雷射光纖光鑷夾進行測量該第一期別癌細胞平均逃脫速度及第二期別癌細胞平均逃脫速度。
- 依申請專利範圍第8項所述之光捕捉癌細胞期別鑑定方法，其中該光纖光鑷夾具有一捕捉傾角或一工作傾角，且該捕捉傾角或工作傾角為50°。
- 依申請專利範圍第8項所述之光捕捉癌細胞期別鑑定方法，其中該光纖光鑷夾具有一單模光纖或一單模光纖微透鏡。
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